洁净室一次回风处理过程及ddc控制、节能分析_secret.doc

洁净室一次回风处理过程及DDC控制、节能分析 贺学广 Email:摘要：本文以千级洁净室为例，分析了洁净空调送风量、送风温差以及送风状态点的确定方法，介绍了DDC自动控制系统在洁净室空气处理过程中的应用，分析了在高热少湿型洁净室中常用的一次回风空气处理方式，与传统一次回风空气处理过程相比较，在洁净室空气处理过程中应用合适的一次回风空气处理方式，可节省再热量及等量的冷量，同时应用DDC自动控制系统，可实现变水量运行，精确控制空调温湿度，节能效果显著。关键词：送风量，一次回风， DDC自动控制，变水量，节能在洁净室的设计过程中，其送风量一般按换气次数确定，对于百级以上洁净室，其要求严格，为洁净单向流，一般不按换气次数确定，其送风量为：送风口有效面积*出风口风速（风速一般为0.25m/s0.3 m/s，考虑衰减，一般取0.4 m/s 0.45 m/s）。千级洁净室：5060次/h，万级洁净室：1525次/h，十万级洁净室：1015次/h1（对于高热型电子厂房应还要按消除余热去计算送风量，两者取较大值）。其送风状态点较之舒适性空调难确定。现以某电子厂洁净室夏季一次回风系统为例，设计参数见下表：洁净室设计参数 表1房间净化等级换气次数室外参数室内设计参数干球温度湿球温度干球温度相对湿度m3/hoCoCoC%1千级5535.728.524552万级2535.728.524553十万级1535.728.52455风量负荷计算见下表：洁净室风量负荷计算 表2房间面积层高换气次数人员送风量余热量余湿量热湿比新风量回风量m2mm3/h个m3/hkwkg/sm3/hm3/h11423552223430400.001273162123432108721363251810200240.0010423188102091803136315166120200.00092217396125508备注：新风量取10%空气处理过程：采用一次回风处理方式，室外新风与回风混合后处理至露点L，经再热后至送风状态点O，由O点沿热湿比线吸收室内余热余湿后，达到室内状态点。处理过程如下图所示： 图1：洁净室一次回风空气处理焓湿图由于洁净空调是根据送风量来确定送风温差（送风温差较小），故一般不能采用露点送风。各状态点确定（以千级洁净室为例）：h=Q/Gh：室内状态点同送风状态点的焓差（in-io）；Q：室内余热；G：房间送风量；室内状态点焓值in为：50.26kJ/kg，Q：40 kw，G：23430 m3/h（7.81kg/s），可得：h=40/7.81 =5.12kJ/kg即可求出送风状态点的焓值io =45.14 kJ/kg，过io作等焓线与热湿比线（对于高热型电子厂房，室内散湿量极少，主要散湿源为人体散湿，热湿比线近似于垂直，所以对回风的处理不能是除湿过程）的交点即可得送风状态点O。L点：连接室内点N与送风状态点O，并延长与95%等相对湿度线相交，即得L点。M点：根据新回风混合，混合比等于新回风之反比，即NM/MW=新风量/回风量，即得M点。各状点参数见下表：各状态点参数 表3状态点干球温度湿球温度露点温度相对湿度含湿量焓oCoCoC%g/kgkJ/kgN2417.814.45510.2250.26W35.728.526.458.821.8392.08M56.911.3854.44L15.214.714.49510.2241.2O1916.114.474.610.2245.14由图可知：室内负荷：Q1=G*（in-io） =7.81*5.12 =40kw新风负荷：Q2=Gw*（iw-in）=G*（iw-in） =0.781*41.82 =32.7kw 再热量： Q3=G*（io-il） =7.81*3.94=30.77kw总负荷： Q= G*（iw-il）=Q1+Q2+Q3=40+32.7+30.77= 103.5kw同理可计算其他几间洁净室的冷量同再热量。洁净室一次回风冷量同再热量 表4房间面积级别送风量余热量新风量新风负荷回风量总负荷再热量m2m3/hkwm3/hkwm3/hkwkw1142千级2343040234332.72108772.730.772136万级1020024102014.2918038.26.83136十万级6120306208.6550828.6/对于上述十万级洁净室，若按规范所要求的换气次数去确定其送风量，进而计算确定送风状态点，可发现，由于送风量过小，在焓湿图上找不这一状态点，此时送风量必须按消除室内余热来计算（此情况下可采用露点送风，不须再热）。上述十万级洁净送风量：G=Q/in-il=30/(50.26-41.2)=3.31kg/s（9933m3/h）新风负荷： Gw=0.331*（92.08-50.26） =13.84kw观察分析可知，在一次回风系统中须再热，浪费能源，同时由于冷热抵消，还要多消耗等量的冷量，不符合节能原则。由于现阶段，自动控制技术越来越成熟，大部分工程公司都采用PI控制器或DDC控制器来控制空调的温湿度（控制冷冻水流量），控制原理如下图所示：图2：DDC自动控制原理图控制原理： 安装在回风管内的温度传感器T检测的温度送至DDC与设定的点相比较，用比例积分控制，输出相应的电压控制电动调节阀M的开度，从而精确调节冻冻水流量，使送风温度保持在所需要的范围内。同理，安装在回风管内的湿度传感器H所检测的湿度送往DDC与设定值相比较，用比例积分控制输出相应的电压信号，控制表冷器电动调节阀或加湿器的电动调节阀的开度，控制除湿量或加湿量，使送风相对湿度保持在所要求的范围内。由于DDC根据回风所反馈的温湿度自动控制冷水的流量同加湿用蒸汽量，控制精确，故现对DDC的使用已走进了一个误区：对于一次回风系统不使用再热，完全依赖DDC的自动控制，即室内多少负荷，通过DDC控制电动阀，给冷盘管多少冷冻水量，或相当一部分人认为，用DDC控制冷冻水量，便处理过的空气直接达到送风状态点，省去再热量同等量的冷量。通过分析可知，仅用DDC控制不能使空气状态直接达到送风状态点。结合焓湿图，详细分析如下：方案1： 方案2：图3：方案1空气处理焓湿图 图4：方案2空气处理焓湿图方案1:从焓湿图可看出：从M点到O点是一个降温除湿过程，但O点不是露点，且线段MO上任一点都不存在露点，故从M点直接处理至O点是不可能实现的。 方案2：从焓湿图可看出：从M点到L点是等湿过程（即提供的冷冻水温度高于其露点，即干盘管），从L点到O点为等焓除湿过程，这一个过程难以实现。方案3：从焓湿图可看出：新风集中处理至露点L（承担部分室负荷），室内回风处理至L点（等湿过程），处理过的新风同回风的混合点刚好在送风状态点O上：LO/OL=新风量/回风量。此种空气处理方式，新风由新风机组集中处理，再与处理过的回风混合至送风状态点，省去再热量，适用于多 图5：方案3空气处理焓湿图 个回风机组集中布置。 对于此种空气处理方式，回风机组同新风机组对冷冻水水温要求不同，由于冷水机组的冷冻水供回水温度通常为7oC-12oC，故新风机组直接引自冷水机组冷冻水即可，而回风机组所用冷冻水则须经换热器换热。回风处理状态点可由DDC控制系统精确控制。各状态点参数如下表所示：一次回风各状态点参数 表5状态点干球温度湿球温度露点温度相对湿度含湿量焓oCoCoC%g/kgkJ/kgN2417.814.45510.2250.26W35.728.526.458.821.8392.08L19.516.314.472.610.2245.58L15.214.714.49510.2241.2O1916.114.474.610.2245.14由图可知：新风负荷：Q1=Gw*（iw-il） =0.781*50.88 =39.7kw回风负荷：Q2=(G-Gw)*（in-il） =7.03*4.68 =32.9kw总冷负荷：Q=Q1+Q2=39.7+32.9=72.9kw同理可计算其他洁净室新风负荷同回风负荷：洁净室新风负荷、回风负荷 表6房间面积送风量新风量新风负荷回风量回风负荷总负荷m2m3/hm3/hkwm3/hkwkw114223430234339.72108732.972.6213610200102017.3918020.8738.17备注：上述十万级洁净室采用图1所示空气处理方式（露点送风）。两种空气处理方式能量消耗对比如下表所示：两种空气处理方式能量消耗 表7房间面积再热式一次回风非再热式节省冷量节省量节省再热量冷量再热量总冷量冷量m2kwkwkwkwkw%kw114272.730.77103.4772.630.7729.730.77213638.26.84538.176.815.16.8通过观察可知：总冷负荷与再热式一次回风系统的室内负荷+新风负荷的总和相等，即用些种空气处理方式省掉了再热量,同时还有相应等量的冷量,节能效益相当可观.DDC控制原理图：图6：方案3DDC自动控制原理图当室内余热增大时，温度传感器所反馈的温度值大于DDC系统的设定值，DDC通过所反馈的信号去控制电动调节阀的开度，增大冷冻水流量从而提高送风温差，才能消除室内余热，即送风状态点O下移。相应的回风处理状态点L也下移。LO/OL=新风量/回风量。同理，当室内余热减少时，调节过程与室内余热量增大时相反。从焓湿图上可看出此种空气处理方式有一个特点：热湿比大，回风处理为等湿处理。此种空气处理方式对于低热高湿型洁净室是否也可行呢？我们可从焓湿图上加以分析：图7：方案3在低热高湿型洁净室空气处理焓湿图从焓湿图可看出：新风集中处理至露点L（承担部分室负荷），室内回风处理至L点，为降温除湿过程，L点为非露点，故这一过程不可能实现。综上分析，此种一次回风空气处理方式仅适用于高热少湿型洁净室。对于低热高湿型洁净室不能仅依靠DDC控制，必